Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı

A small-format microbolometer imaging sensor with digital video outputs

Sayısal video çıkışlı ve küçük boyutlu mikrobolometre görüntüleme sensörü

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 442363 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

This thesis presents a small format Readout Integrated Circuit (ROIC) for surface micromachined resistive microbolometer imaging sensors. The imaging sensor is designed to work in the Long Wave Infrared region (8 – 14 um) and is designed with an 80 x 80 format with a pixel pitch of 25 um. The ROIC is optimized to perform the readout of MEMS pixels with resistance values around 60 Kohm, where infrared blind reference resistors with similar values are also used to cancel effects of self-heating and high biasing current. The ROIC is capable of performing Non-Uniformity Correction on the detectors with a resolution of 8 bits, allowing the readout of a wide range of resistance values. The ROIC utilizes a panel-based approach for imaging, dividing the pixel array into 9 blocks for reducing the die size of the ROIC, which is required to reduce the cost of the infrared imager. The circuit also has a Successive Approximation Register (SAR) Analog-to-Digital Converter (ADC) to convert analog readout signals to digital data for better noise performance, lower system power, and smaller system size. The ADC has 12 bits and 62.5 kS/s sample rate. The circuit is designed to achieve imaging at or below 9 Hz while consuming a low power of 65 mW and providing a Noise Equivalent Temperature Difference (NETD) of 50 mK, which is comparable with the state-of-the-art microbolometers. The readout IC generates its own timing and biasing signals. Its external pins are composed of power pins and digital communication pins, easing system integration. Timing signals are generated by a digital controller and are very flexible. A bias generator implemented in the ROIC contains various voltage and current DACs to generate necessary biasing signals for the circuit, utilizing a bandgap reference voltage generator. Both the timing and biasing signals are configured through the configuration memory of the ROIC, which can be accessed through a simple serial programming interface. Reference resistor selection circuits located in columns allows the user to disable any faulty reference pixel in the array arbitrarily, without affecting the operation of other readout columns. CMOS resistors located in the pixel array extend test coverage before MEMS processing. These resistors can also be used as reference resistors in the case of high disparity between MEMS reference and detector resistors. A layout of the ROIC is implemented using a 0.35 um CMOS process. A 6mm x 6mm sized design was sent to multi-project wafer (MPW) fabrication for the verification of the operation. A full engineering run is required to achieve MEMS processing and to demonstrate imaging.

Summary:

Bu tezde, küçük formatlı bir mikrobolometre görüntüleme sensörü için tümleşik okuma devresi (ROIC) sunulmaktadır. Görüntüleme sensörü, uzun dalga kızılötesi (8 - 14 um) bölgesinde çalışmaktadır ve 80 x 80 çözünürlük ve 25 um piksel boyutuna sahiptir. Okuma yapmak için 60 Kohm çevresindeki dirençler için optimize edilmiştir. Kızılötesine kör MEMS dirençlerini referans direnci olarak kullanma yöntemiyle görüntüleme sırasında kutuplama sebebiyle olan ısınma ve kutuplama akımının büyüklüğünün etkileri ortadan kaldırılmaktadır. ROIC, pikseller üzerinde 8 bit'lik çözünürlüğe sahip bir saçılım düzeltme yapabilmektedir. Görüntüleme, çip boyutunu küçültmek için piksel matrisini 9 panele bölerek yapılmaktadır. Okuma devresinde, analog okuma verilerini sayısala çevirmek üzere bir adet Ardışık Yaklaşımlama Yazmacı (SAR) Analog/Sayısal Çevirici (ADC) bulunmaktadır. Bu ADC, 12 bit'lik çözünürlüğe ve 62.5 kS/s örnekleme hızına sahiptir. Sensör, 9 Hz'te görüntüleme yapabilmektedir. Benzetim sonuçları, 50 mK'lik bir Gürülüye Eşdeğer Sıcaklık Farkı (NETD) ve 65 mW'lık bir güç tüketimi öngörmektedir. Okuma devresi, kendi zamanlama ve kutuplama sinyallerini oluşturur. Pinleri sadece güç ve sayısal iletişim pinlerinden oluşmaktadır, bu da sistem entegrasyonunu kolaylaştırır. Zamanlama sinyalleri, bir sayısal denetleyici tarafından oluşturulur ve ayarlanabilir özelliktelerdir. Bir kutuplama devresi, kutuplama gerilim ve akımlarını oluşturmak için çeşitli DAC'lara sahiptir. Zamanlama ve kutuplama sinyalleri, ROIC'in yapılandırma hafızası tarafından kontrol edilir. Bu hafızaya basit bir seri programlama arayüzü ile erişilir. Kolonlarda yer alan referans direnci seçme devreleri, başka kolonların işlevini etkilemeden istenen referans direncinin devreden çıkarılabilmesini sağlamaktadır. Devrede yer alan CMOS dirençler, MEMS işlemlerinden önce devrenin test edilebilirliğini arttırmakta ve MEMS referans dirençlerinde bir sorun olması durumunda bu dirençler yerine kullanılabilmektedir. ROIC'in fiziksel gerçeklemesi de yapılmıştır. 6mm x 6mm'lik bir test çipi, üretime yollanmıştır. Kırmık seviyesinde olan bu çiplerin üzerinde MEMS işlem yapılamayacak olup büyük ölçekli üretimden önce test amacı taşımaktadırlar.